CN102869939B - 用于熔化和精炼不纯有色金属的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于熔化和精炼特别是由矿物的加工产生的铜和/或杂铜的废料的不纯有色金属的设备，包括具有炉体（34）的可倾式反射炉（32），该炉体具有矩形平面形状的底座并设置有两个彼此相对的头部（37，38），这两个头部通过底壁（39）、通过顶壁或顶盖（40）以及通过两个侧壁（41，42）相互连接，该炉设置有用于炉体（34）围绕基本上水平且垂直于头部（37，38）的轴线（34a）的倾斜的装置（45）；该炉在顶壁（40）的中央区域中具有这样的部分（50）：该部分从所述顶壁（40）的其余部分向上突出，并在上部区域中由飞拱式壁（51）界定，且在侧面由两个彼此相对的侧壁（52，53）界定，部分（50）在面向飞拱式壁（51）的一侧上具有装料口（54），该装料口由可移动以打开和关闭装料口（54）的门（55）封闭。

Description

用于熔化和精炼不纯有色金属的设备

技术领域

本发明涉及一种用于熔化(melt)和精炼(refine)特别是由矿物的加工产生的铜和/或杂铜的废料(scrap)的不纯有色金属的设备。

背景技术

众所周知，因为铜是一种自然资源稀缺且因此价格昂贵的金属，也因为所获得的能源和环境优势，铜的再循环是非常重要的。

铜的废料行销全球，根据其来源和纯铜的含量进行选择。

例如，下列类型的铜的废料有售：

-Berry(一级)，其由最少为99％Cu的非镀锡纯铜制成的新旧绳索构成。

-Clove，即，由最少为99％Cu的颗粒形式的纯铜制成的线材。

-Kanal，Cu的最少含量等于98％的纯铜线。

-Birch，具有焊缝且Cu含量等于93％-95％的铜线。

-Candy(二级)，95％-96％Cu含量的电话线、铜板、具有油漆的管道和纸张。

-Dream(三级)，92％-93％Cu含量的非合金铜的混合废料。

这种废料可以直接通过火法精炼而再循环用于电应用。

对具有较低Cu含量的废料进行熔化并火法精炼以生产在随后的处理中通过电解转换为阴极的阳极，或用于合金的形成。

熔化操作和精炼操作通常利用具有液体或气体燃料的槽式或倾斜式反射炉来执行。

铜的用途可以划分为两大类：电用途和非电用途。前者在经济方面和数量方面最重要，并需要具有高导电率且因此具有高纯度(99.95％Cu)的铜。

该背景技术表明，作为用于生产电线的起始原料，铜为通过电解获得的阴极的形式，且因此纯度为99.99％且导电率在101IACS以上。

在已知的塔式炉或竖炉(例如为在US 3,199,977中公开的类型)等中对阴极连续地进行熔化，上述塔式炉或竖炉等向连续铸造和轧制车间供料以获得直径在8mm到25mm之间的所谓的“ETP”盘条(rod coil)。

盘条然后被冷拉成无数具有不同直径的线材、绞合和/或涂覆有绝缘体以获得期望的线材。盘条还可以被拉制或轧制成条和成形元件，还可以通过使用Conform方法连续地挤压。

除了满足大部分市场需求的该技术之外，还具有一种用于制造用于电用途的盘条的方法，其从最少Cu含量为92％的废料开始。这种盘条被称为FRHC(火法精炼高导电率)盘条，且具有与ETP盘条几乎相同的特征。

该最后一种方法基于这样的用于熔化和和精炼废料的反射炉：这样的操作进行16小时，同时在一天的剩余8小时内该炉为铸造和轧制生产线供料。

用于上述用途的反射炉是一种可以在少于50t与多于400t之间变化的槽式炉。

这种炉还用于阳极的生产，为此该炉装料有废料和粗铜。

如图1至图3所示的这种类型的炉具有平行六面体形状的炉体1，该炉体具有两个彼此相对的头部2，3或短边，这两个头部或短边沿着基本上竖直的平面布置并通过底壁4、通过顶壁或顶盖(ceiling)5以及通过两个侧壁6，7相互连接。这种炉在头部2上设置有一个或两个燃烧器8并在相对的头部3上设置有用于连接至烟囱的排气出口9。在一个侧壁6上且在中央区域中，设置有一个或两个装料口10，这些装料口由对应的可移动的门11封闭，同时朝着靠近排气出口9的一端，在相同的侧壁6上，设置有小的门或排渣门12，该排渣门允许排渣，即，允许取出漂浮在熔融金属的熔池15上的炉渣22。

在另一个侧壁7上，设置有铸造喷口13和所谓的“鼓风口”的系统，即，供给用于氧化熔池15的压缩空气和还原熔池15的燃料的管道14。

焊接钢制成的外部结构16和内部耐火炉衬17所构成的整个炉体1可以围绕其自身的纵向轴线1a倾斜，该纵向轴线是水平的并与炉体1的较长边平行，该炉体在下部设置有两个或三个月牙形的支架18，这些支架可以在一平面上或在轮或辊的系统19上滚动。炉体1围绕轴线1a的振动通过液压缸20实现，这些液压缸介于炉体1和支撑炉体的底脚21之间。

为了排空该炉(即，朝着铸造喷口的一侧)的最大旋转为25°-30°，同时在促进排渣的另一方向上的旋转为5°-7°。

另一种不太使用的构造为在缺少滚动支架情况下而提供的构造。在此情况下，倾斜围绕一水平轴线而出现，两个球形接头或轴承放置在该水平轴线上，这两个球形接头或轴承连接至炉的底座并布置在两个牢固的支架上；在合适的位置中连接至炉的另一侧的强有力的液压活塞允许炉的移动。

为了承受氧气、氧化物和炉渣组分的侵害，必须使用菱镁矿耐火材料，然而该菱镁矿耐火材料对热冲击敏感且高温下具有相当大的线性膨胀(对于10米的壁，甚至为10cm)。

由于耐火材料的这些特征并由于工作循环期间所需的移动，必须特别注意炉壁和炉顶的结构。

在这种类型的炉中，粗铜的成包或成块的松散的废料混合物通过装料口间歇地装料并同时进行熔化。由于经济上的原因，尽管处理起来有困难，但松散的废料是优选的。

该操作可以持续6小时至18小时且是非常艰苦的；使用具有柴油机的四轮前端式装料机和专门设计的装料机，材料的引入是精细的，因为不准损坏门框，因为装料材料的体积而使得每次装料的重量受限，还因为炉料必须分布在炉池中，防止炉料仅堆积在门附近。

然后进行第一次排渣并继续进行精炼步骤。

基本精炼通过注入空气(即，氧气)来进行，该氧气与金属污染物结合，形成像炉渣一样漂浮且然后从熔池中取出的氧化物。每个操作员然后通过使用特定的添加剂添加其他精炼法，以将特定污染物(诸如Pb-Sn-Ni等)迅速地从熔池中取出。

最后一项操作是减少氧含量，其通过从鼓风口注入燃料来进行。

一旦期望的氧的水平已稳定并已完成最后一次排渣，继续进行铸造，其可以旨在获得阳极或连续的盘条。

这种类型的炉的最主要的局限性是难于引入废料，铜熔化的热效率低；局限性由炉的特定几何形状产生。

为了克服这种局限性，已提供用于原料金属和用于不纯金属或废料的一些类型的炉，其结合了槽式反射炉的一些特征和由A.J.Phillips等人于1965年在US 3,199,977中公开的竖炉(更多地被称为塔式炉或Asarco竖炉，被称为“竖炉”)的一些特征。

由E.De Bie于1973年在US 3,715,203中以及由Giulio Properzi在意大利专利IT-995947中公开了竖炉和槽式反射炉的组合。

被称为Striko炉等的炉已经使用了很长时间；然而，尚未克服在竖炉或准竖炉中熔化Cu含量小于97％的杂铜或废料的困难，因为形成的炉渣附着于耐火材料并堵塞下出口。

已提出50t以下的组合竖槽式小型炉，但有损于在两个方向上倾斜的可能性，这反而对精炼和铸造操作非常有用。

随着时间的推移已注意到，不纯金属必须随着炉渣直接倒在熔融金属的大型熔池上，炉渣漂浮在该大型熔池中并可以通过惯常的排渣操作取出。熔融金属熔池必须具有符合实际标准的最大表面，因为热/化学精炼现象与熔池的表面呈线性关系，即，表面越大，精炼越好越快。一些将作为竖炉的转塔布置在传统反射炉的顶盖上方的试图并未取得很好的效果，因为在静态和倾斜过程中转塔出现故障，并且还由于装料极度困难。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种用于熔化和精炼特别是由矿物的加工产生的铜和/或杂铜的废料的不纯有色金属的设备，所述设备包括可倾式反射炉(槽式反射炉)，所述可倾式反射炉允许在装料门的每次打开期间引入充分大于传统的反射炉所允许的量的废料或其他炉料材料。

在这个目标的范围内，本发明的目的在于提供一种为被指派来进行装料的操作员创造更少暴露于热和反射的状况的设备。

本发明的另一目的在于提出这样一种设备：所述设备使得可以在炉内具有更多空间，以使大量的废料和其他炉料材料沉积在其中，从而增加火焰-废料接触并因此优化热交换以及能量效率，因而缩短熔化时间。

本发明的另一目的在于提供这样一种设备：所述设备使得可以减少单个装料操作的数量以及装料门的开启时间。

在下文中将变得更加显而易见的该目标以及这些和其他目的通过一种用于熔化和精炼特别是由矿物的加工产生的铜和/或杂铜的废料的不纯有色金属的设备来实现，包括具有炉体的可倾式反射炉，所述炉体具有矩形平面形状的底座并设置有两个彼此相对的头部，这两个头部通过底壁、通过顶壁或顶盖并通过两个侧壁相互连接，该炉设置有用于所述炉体围绕基本上水平的且垂直于所述头部的轴线的倾斜的装置，其特征在于，该炉在所述顶壁的中央区域中具有这样的部分：该部分从所述顶壁的其余部分向上突出，并在上部区域中由飞拱式壁界定，在侧面由两个相对的侧壁界定，并在面向飞拱式壁的一侧上具有装料口，所述装料口由可移动以打开和关闭装料口的门封闭。

附图说明

从对以下参照附图做出的描述的分析，本发明的其他特征和优点将变得更加显而易见，附图示出了传统的可倾式反射炉以及根据本发明的设备的一优选但非唯一的实施例，更具体地：

图1是传统的可倾式反射炉的透视图；

图2也是图1中的炉的透视图但是从不同角度截取的；

图3是图1的炉的横向中央剖视图；

图4是装料操作过程中的根据本发明的设备的视图，炉在沿着横向中央平面的横截面中示出；

图5是根据本发明的设备的炉的透视图，为了清晰起见，省略了装料口的门；

图6是铸造操作过程中的根据本发明的设备的视图，炉在沿着横向中央平面的横截面中示出。

具体实施方式

图1和图2是从传统的可倾式反射炉的两侧6和7或沿两侧截取的视图。炉体1搁置在月牙形的支架18上并倾斜在轮19上，通过液压缸20而移动。施加于头部2的燃烧器8提供热能。排气从在相对的头部3中限定的排气出口9排出。鼓风口14根据精炼工艺的需要将空气或氮气或燃料注入到熔池(bath)中。装料口(loading port)10由对应的可移动以允许对炉进行装料的门11封闭。参考标号12表示排渣门。铸造喷口(castingspout)13使得可排放熔化和精炼的金属。

图3是门11打开的相同炉的中央剖视图，示出了装料机23，装料口10，门11，由钢制成的结构16，耐火炉衬17，熔融金属的熔池15，炉渣22，废料或其他炉料材料24，燃烧器8和铸造喷口13。

可以看出，装料不容易，且暴露于火焰的废料的体积有限。

参照图4至图6，根据本发明的总体上用参考标号31表示的设备包括可倾式反射炉32和装料机33。

炉32包括由钢制成的外部结构35和内部耐火炉衬36构成的炉体34。

炉体34具有矩形平面形状的底座并设置有两个彼此相对的头部37，38，这两个头部通过底壁39、通过顶壁或顶盖(ceiling)40并通过两个侧壁41，42相互连接。

炉32还设置有倾斜装置，所述倾斜装置能被致动以便为炉体34赋予围绕其纵向轴线34a的振动，所述纵向轴线基本是平行的且垂直于头部37，38的布置平面。

更准确地说，炉体34在其下部设置有月牙形的支架43，与传统的可倾式反射炉一样，所述支架搁置在轮或辊44的系统上。所述倾斜装置由液压缸45构成，所述液压缸将炉体34连接至支撑炉体的底脚(footing)46并能被致动以引起炉体34相对于底脚46围绕轴线34a的振动。

至少一个主燃烧器47通过本身已知的方式安装在头部37上，同时在相对的头部38上设置有排气出口48。

在侧壁42上具有图4至图6中不可见的、以与传统的可倾式反射炉相同的方式设置的铸造喷口49和鼓风口的系统。

与传统的可倾式反射炉类似地，在侧壁41上，紧邻头部38，设置有排渣门59。

根据本发明，炉体34在顶壁40的中央区域中具有这样的部分50：所述部分从顶壁40的其余部分向上突出，并在上部区域中由飞拱式(flyingbuttress)壁51界定、在侧面由两个侧壁52，53界定，并在面向飞拱式壁51的一侧上具有装料口54，所述装料口由按照指令可移动以打开或关闭装料口54的门55封闭。

在实践中，根据本发明的炉体34设置有根据建筑学的屋顶窗或折线形屋顶式的中央转塔(turret)，所述中央转塔由四个侧面界面，其中一个侧面由飞拱式壁51构成，两个侧面由侧壁52，53构成，第四侧面整体地或部分地由装料口54及其门55构成。

飞拱式壁51的曲率半径是如此的宽以致，尽管保持结构能够承受振动幅度为25°以上的围绕轴线34a的倾斜，还是使得可以将整个装料口54设置得比尺寸与传统的可倾式反射炉中一样的相对壁高，使得暴露于火焰的废料56或其他炉料材料的量可以是传统的可倾式反射炉中的暴露于火焰的废料的量的三倍至五倍。

与界定炉体34的内侧的其他壁一样，飞拱式壁51，以及侧壁52，53和门55便利地在其内侧上衬有耐火材料层。

更准确地说，部分50的存在及其特定形状允许，并非与在传统的可倾式反射炉中出现的一样将装料口54设置在侧壁上，而是设置在炉体34的侧壁上方。

便利地，装料口54位于这样的平面上：所述平面相对于炉体34的相邻侧壁41朝着炉体34的内侧倾斜。

有利地，界定部分50的两个侧壁中的一个(在此情况下示出为侧壁53)设置有附加排气出口57。

排气出口48和附加排气出口57优选地通过相应的阀连接至烟囱(stack)，从而允许单独的排气通风调节。

连接至烟囱的附加排气出口57的存在，其通风使对门55上方的排风罩的需求减到最小，吸引由燃烧器或由设置在头部37上的主燃烧器47产生的热气，迫使这些热气沿着一堆引入的废料56流动，增加了热交换。

优选地，紧邻飞拱式壁51的顶部，设置有附加燃烧器58，所述附加燃烧器适于使引入到炉中的废料或其他炉料材料56经受直接火焰。附加燃烧器58的存在也增加了用于加热废料或其他炉料材料56的热交换。

根据本发明的设备还包括由盒状容器60构成的装料机33，所述盒状容器设置有装卸料开口61并设置有能与轨道63接合的轮62，所述轨道限定位于炉32的倾斜空间外侧的斜坡式路径65。斜坡式路径65从基准平面66向上延伸至装料口54附近。盒状容器60能沿着斜坡式路径65从装料位置移动至卸料位置，在所述装料位置中，所述盒状容器布置成紧邻斜坡式路径65的底部，并且其装卸料开口61被引导成向上紧邻装料平面67，在所述卸料位置中，所述盒状容器布置成紧邻斜坡式路径65的顶部并且倾斜成装卸料开口61位于装料口54之上。

更特别地，盒状容器60的本体围绕水平轴线68铰接至设置有与轨道63接合的轮62的底座69，所述轨道由在侧面与直立部63b相接的弯曲部63a构成。底座69的轮62由至少两对轮构成，其中的第一对轮接合弯曲部63a，第二对轮接合直立部63b。轨道63的形状及其相互的布置使得，在盒状容器60从装料位置至卸料位置的过渡过程中，获得盒状容器60的部分倾卸。这种部分倾卸由液压缸70所构成的倾卸装置完成，所述液压缸介于底座69和盒状容器60的本体之间并引起盒状容器60相对于底座69围绕轴线68的旋转。

盒状容器60沿着斜坡式路径65的移动可以例如以本身已知的方式通过电机71或液压缸或已知类型的其他移动装置来执行。

根据本发明的设备的操作如下。

当将盒状容器60布置在装料位置中时，通过传统的装料机72(诸如沿着装料平面67移动的起重机、前端式装料机、叉车)能容易地将待运送到炉32中的废料或其他材料56引入到盒状容器60内部。应注意的是，填充盒状容器60的操作发生在距离炉32的装料口54很远且因而充分地防热和防反射的区域中。这允许操作员在可接受的安全环境条件下工作。

一旦填满，就沿着斜坡式路径65升起盒状容器60直至其装卸料开口61紧邻事先打开的炉32的装料口54，在所述装料口上，使所述盒状容器倾斜，将废料或其他炉料材料56倒入炉32中，形成直接暴露于火焰的大堆材料，实现炉的高热效率/能源效率。

这种热效率可以通过致动附加燃烧器58来进一步提高，所述附加燃烧器将所生成的热气引导成，在排放到排气出口48和/或附加排气出口57中之前，在几乎竖直的方向上向下通过整个炉料材料56。

应注意的是，布置在炉的装料口54处的门55在相对于传统炉所需的时间而严重缩短的时间内保持开放，因为通过根据本发明的炉，不再需要推动和分布炉内的炉料材料。

被引入到炉中的材料的逐渐熔化产生被一层炉渣81覆盖的熔融金属的熔池80。炉可以相对于竖直方向倾斜直至30°的角度，如图6所示，以通过铸造喷口49排放熔融金属，在相反方向上倾斜大致7°以通过排渣门59排放炉渣81。

在实践中，已发现，根据本发明的设备完全达到了预期的目标和目的，因为装料口布置在比传统的可倾式反射炉高得多的水平处的炉的特定几何形状使得可以加速炉装料操作，并且可以引入更大量的废料或其他材料，增加了火焰和炉料材料之间的热交换表面，从而相对于传统的可倾式反射炉实现了更高的能源效率并由此缩短了熔化时间。

根据本发明的设备的另一个优点在于，其可以使用能够在短时间内自动装载极大量的材料(作为指标，一次5t至10t)的盒状装料机，从而在40次操作内完成炉的装料。

根据本发明的设备的另一个优点在于，为被指派来对炉进行装料的操作员创造不太繁重的工作状况。

如此构思的设备能容许多种修改和变型，所有修改和变型都落在所附权利要求的范围内；所有细节可以进一步用其他技术上等效的元件代替。

在实践中，只要它们与特殊用途不矛盾，所使用的材料以及尺寸可以是根据需要和现有技术的任何一种。

本公开要求意大利专利申请No.MI2010A001741中的公开内容的优先权，将其通过引证结合于此。

当任何权利要求中所提及的技术特征后面是参考标号时，包含这些参考标号只是为了提高权利要求的可理解性，因此，这些参考标号对以实例的方式通过这些参考标号识别的每个元件的解释不起任何限制作用。

Claims (8)

1.一种用于熔化和精炼不纯有色金属的设备，包括具有炉体(34)的可倾式反射炉(32)，所述炉体具有矩形平面形状的底座并设置有两个彼此相对的头部(37，38)，所述头部通过底壁(39)、通过顶壁或顶盖(40)以及通过两个侧壁(41，42)相互连接，该炉设置有用于所述炉体(34)围绕基本上水平的且垂直于所述头部(37，38)的轴线(34a)的倾斜的装置(45)，其特征在于，该炉在所述顶壁(40)的中央区域中具有这样的部分(50)：该部分从所述顶壁(40)的其余部分向上突出，并在上部区域中由飞拱式壁(51)界定，在侧面由两个彼此相对的侧壁(52，53)界定，并且该部分在面向所述飞拱式壁(51)的一侧上具有装料口(54)，所述装料口由可移动以打开和关闭所述装料口(54)的门(55)封闭。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述装料口(54)布置在所述炉体(34)的所述侧壁(41，42)上方。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述装料口(54)位于这样的平面上：该平面相对于所述炉体(34)的相邻侧壁(41)朝着所述炉体(34)的内侧倾斜。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在一头部(37)上具有至少一个主燃烧器(47)，并且在相对的头部(8)上具有排气出口(48)，在所述侧壁(52，53)的一个侧壁(53)上，限定有附加排气出口(57)。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述排气出口(48)和所述附加排气出口(57)通过阀连接至烟囱，以用于单独的通风调节。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括附加燃烧器(58)，所述附加燃烧器紧邻所述飞拱式壁(51)的顶部布置并适于使引入到所述炉(32)中的装载材料(56)经受直接火焰。

7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括装料机(33)，所述装料机包括盒状容器(60)，所述盒状容器具有装卸料开口(61)并设置有能与轨道(63)接合的轮(62)，所述轨道沿着位于所述炉(32)的倾斜空间外部的斜坡式路径(65)布置，所述斜坡式路径(65)从基准平面(66)向上延伸至所述装料口(54)，并且所述盒状容器(60)能沿着所述斜坡式路径(65)从装料位置移动至卸料位置，在所述装料位置中，所述盒状容器布置成紧邻所述斜坡式路径(65)的底部，并且所述盒状容器的所述装卸料开口(61)被引导成向上紧邻装料平面(67)，在所述卸料位置中，所述盒状容器布置成紧邻所述斜坡式路径(65)的顶部并且倾斜成其装卸料开口(61)位于所述装料口(54)之上。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于使所述盒状容器(60)沿着所述斜坡式路径(65)围绕水平轴线(68)倾斜的装置(70)。